Лазерное сканирование объектов недвижимости

Совсем недавно исполнительная съемка фасадов зданий и внутренних интерьеров проводилась с использованием традиционных методов съемки и инструментов: мерные ленты, электронные рулетки, тахеометры. Однако все эти методы имеют целый ряд существенных недостатков (малая информативность данных, необходимость возведения лесов, большая погрешность измерений, влияние человеческого фактора, сложность, а иногда и вовсе практическая невозможность измерения отдельных элементов фасада или интерьера), делающих эти методы малоэффективными при большом объеме работ. Для съемки сложных и крупных объектов зачастую использовалась фототеодолитная съемка, которая имеет ряд существенных недостатков: трудоемкость полевых измерений, сложность обработки. Появление технологии лазерного 3D сканирования драматическим образом перевернуло представление архитекторов и строителей о процессе съемки фасадов и интеръеров любых зданий и сооружений. Высокая скорость, плотность и точность, практически полная автоматизация процесса измерений, а главное – представление данных в цифровом трехмерном виде – вот основные преимущества новой технологии 3D лазерного сканирования, которые позволяют говорить о ней, как о перевороте в области геодезической съемки в строительной отрасли.

Лазерное сканирование является современным аналогом фотограмметрического метода измерений и относится к нетрадиционным методам геодезического контроля геометрических характеристик сооружения. Результат сканирования – это трехмерная (3D) модель сооружения в виде множества точек со своими координатами. Благодаря своей универсальности и высокой степени автоматизации процессов измерений лазерный сканер используется как инструмент оперативного решения самого широкого круга прикладных инженерных задач. В отличие от традиционных методов съемки (с использованием тахеометра или спутникового приемника), где исполнитель вынужден выбирать характерные точки объекта, для последующего его отображения, при сканировании объекта происходит автоматическая регистрация координат точек на его поверхности с заданным шагом. Причем скорость сканирования может достигать более 1 000 000 точек в секунду, а плотность получаемого «облака точек» сотни и тысячи точек на 1 кв. метр. Точность определения координат точек в зависимости от модели сканера и расстояния варьируется от нескольких миллиметров до единиц сантиметров. Результаты сканирования могут быть использованы как архитекторами-проектировщиками для подготовки архитектурных обмерных чертежей, так и представителями эксплуатирующих организаций (инженерами заводов, цехов, производств). С помощью 3D моделирования может быть получена BIM модель отсканированного здания или сооружения. Использование современных компьютерных технологий дает возможность виртуального путешествия по изображению с записью в стандартный мультимедийный файл для дальнейшего показа. Такого полного представления об объекте не может дать ни один другой метод. При этом модель сохраняет полное геометрическое соответствие форм и размеров реального объекта и обеспечивает возможность проведения измерений реальных расстояний между любыми точками или элементами модели. Возможность получения информации в привычном виде (чертежи, планы, схемы) и обмена через общепринятые форматы графических данных позволяет легко встроить технологию лазерного сканирования в схему уже используемого программного обеспечения.

Суть технологии сканирования заключается в определении пространственных координат точек объекта. Процесс реализуется посредством измерения расстояния до всех определяемых точек с помощью фазового или импульсного дальномера. Измерения производятся с очень высокой скоростью – тысячи, сотни тысяч, а порой и миллионы измерений в секунду. Все управление работой прибора осуществляется с помощью портативного компьютера с набором программ или с помощью панели управления, встроенной в сканер. Полученные координаты точек из сканера передаются в компьютер, создавая так называемое облако точек. Сканер имеет определенную область обзора и работа по сканированию часто проходит в несколько сеансов из-за сложной формы объектов. Полученные с каждой точки стояния сканы совмещаются друг с другом в единое пространство в специальном программном модуле. На стадии полевых работ предусматриваются зоны взаимного перекрытия сканов с размещением в них специальных мишеней. По координатам этих мишеней и будет происходить процесс «сшивки». Можно совместить облака точек без мишеней, используя характерные точки снимаемого объекта. Лазерное сканирование предоставляет возможность получить максимум информации о геометрической структуре объекта.

Отличия от других методов сбора пространственной информации:

• -    полная реализация принцип дистанционного зондирования, позволяющий собирать информацию об исследуемом объекте на расстоянии от него;

• -    максимальная полнота и подробность получаемой информации;

• -    непревзойденная скорость – до нескольких сотен тысяч измерений в секунду (съемка с одной точки занимает от двух до десяти минут в зависимости от плотности точек, совокупная скорость полевых и офисных работ в несколько раз выше обычной съемки);

• -    стоимость съемки и моделирования объектов ниже, чем при использовании классических технологий примерно в три раза (рыночная стоимость работ 25рублей за квадратный метр с точностью 1мм).

Основной недостаток лазерного сканирования – высокая стоимость оборудования и программного обеспечения.

Лазерное сканирование на сегодняшний момент делится на наземное (НЛС), мобильное (МЛС или мобильная картография) и воздушное (ВЛС). Из всех методов наземное лазерное сканирование (НЛС) является самым быстрым и высокопроизводительным средством получения точной и наиболее полной информации о пространственном объекте сложной формы (здания, промышленного сооружения и площадках, памятниках архитектуры, смонтированном технологическом оборудовании). Современный метод сбора и регистрации пространственных данных делает данный метод актуальным для геодезического мониторинга деформации в процессе эксплуатации объектов. Выходные данные позволяют получать топографические планы и ГИС-слои, высокоточные цифровые модели рельефа и цифровые (виртуальные) модели местности, 3D-модели объектов , фасадные и поэтажные планы, ведомости размеров и габаритов различного характера, профили, разрезы и сечения объектов в бумажном варианте в формате PDF и DWG, цветные облака точек лазерных отражений (по одновременному фото), сетчатые модели объекта для восстановления уникальной лепнины памятников и технологических элементов конструкций. Наиболее широко для целей лазерного сканирования используется оборудование фирмы Leica Geosistems (Leica RTC360, Leica ScanStation P50, Surphaser 100HSX, Leica BLK360). Оборудование фирмы Trimble (3D сканер Trimble GX, безотражательный тахеометр Trimble 5600DR) использовалось для сканирования фасадов и интерьеров здания на Красной площади,5. Для сканирования сложных объектов использовался 3D лазерный сканер Callidus с большим полем зрения 360Х2800.

Одним из новых направлений сканирования и моделирования архитектурных объектов является фасадная съемка зданий и сооружений для целей видеоэппинга. Видеоэппинг представляет собой современную форму мультимедийного искусства, когда визуальный ряд под звуковое сопровождение транслируется на фасады зданий и сооружений с учетом их точного расположения, формы, геометрии, размеров. Точная модель здания для проецирования видеоизображений называется «3D маской», которую получают с помощью сканеров нового поколения Leica

ScanStation Р40 с дальностью действия 270м (сканирование фасадов главного корпуса МГУ позволило получить трехмерную модель в формате AutoCAD).